工业上由焦炭或夭然气制氢气的过程中会产生一氧化碳．为了除去氢气中混有的一氧化碳，可在催化剂存在的条件下将一氧化碳与水蒸气发生反应：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=-41.0k

Question

工业上由焦炭或夭然气制氢气的过程中会产生一氧化碳．为了除去氢气中混有的一氧化碳，可在催化剂存在的条件下将一氧化碳与水蒸气发生反应：CO（g）+H₂O（ g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.0kJ•mol^-l．该反应在工业上被称为“一氧化碳变换”．
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K=___； K（ 200℃）___ K（ 300℃）（填“>”、“=”或“<”）．
（2）在773K时，一氧化碳变换反应的平衡常数K=9，如反应开始时CO和H₂O的浓度都是0.020•mol^-l，则在此反应条件下一氧化碳的转化率为___．
（3）某工业合成氨的原料气组成为：H₂ 40%、N₂ 20%、CO30%、CO₂10%（均为体积分数）．现采用“一氧化碳变换”法，向上述原料气中加入水蒸气，以除去其中的CO．已知不同温度及反应物投料比（ (nH2O)/(n(CO))  ）下，变换后平衡混合气体中CO的体积分数如下表所示：

投料比 CO体积分数/% 温度/℃	(nH2O)/(n(CO))=1	(nH2O)/(n(CO))=3	(nH2O)/(n(CO))=5
200 250 300 350	1.70 2.73 6.00 7.85	0.21 0.30 0.84 1.52	0.02 0.06 0.43 0.80

①从表中数据可以得到控制不同条件时CO的转化率的变化规律．能使CO的转化率升高，可改变的条件___、___．
②温度是一氧化碳变换工艺中最重要的工艺条件，实际生产过程中将温度控制在300℃左右，其原因是___．
③温度为300℃、 (nH2O)/(n(CO))=1时，变换后的平衡混合气体中CO₂的体积分数是___．（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

（1）反应CO（g）+H₂O（ g）⇌CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数表达式K=(c(CO2)×c(H2))/(c(CO)×c(H2O))；
正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，K（200℃）>K（300℃），
故答案为：K=(c(CO2)×c(H2))/(c(CO)×c(H2O))；>；
（2）设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，则：
             CO（g）+H₂O（ g）⇌CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol/L）：0.02    0.02       0       0
转化（mol/L）：x        x         x       x
平衡（mol/L）：0.02-x  0.02-x    x       x x
则(x×x)/((0.02-x)×(0.02-x))=9，解得x=0.015
故CO的转化率为(0.015mol/L)/(0.02mol/L)×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）①由表中数据可知，温度一定时，反应物投料比（(nH2O)/(n(CO)) ）越大，平衡时CO的体积分数越小，CO的转化率越高；反应物投料比（(nH2O)/(n(CO)) ）一定时，温度越低，平衡时CO的体积分数越小，CO的转化率越高，所以降低温度，增大反应物投料比（(nH2O)/(n(CO)) ）或原料气中水蒸气的比例，可以增大CO的转化率，
故答案为：降低温度；增大反应物投料比（(nH2O)/(n(CO)) ）或原料气中水蒸气的比例；
②尽管提高温度，会提高反应速率，但平衡逆向移动，CO的转化率下降，实际生产过程中应该综合考虑速率和平衡两个方面，选择最佳温度为300℃，
故答案为：提高温度，会提高反应速率，但平衡逆向移动，CO的转化率下降，实际生产过程中应该综合考虑速率和平衡两个方面；
③反应CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）中，反应前后气体的体积不变，则反应过程中气体的总体积不变，设反应原料气总体积为V，则CO的体积为30%VL=0.3VL，二氧化碳的体积为：10V%=0.1V，由于(nH2O)/(n(CO))=1，则加入的水蒸气的体积为0.3V，则反应达到平衡时气体总体积为：V+0.3V=1.3V，温度为300℃达到平衡时CO的体积分数为6%，则反应消耗的CO=生成的二氧化碳的体积=0.3V-1.3V×6%=0.222V，达到平衡时二氧化碳的体积分数为：(0.1V+0.222V)/(1.3V)×100%=24.8%，
故答案为：24.8%．